(57)【要約】  装置本体４２の一方側から固体のバイオマス原料１１を供給すると共に、他方側から加圧熱水１５を供給させ、両者を対向接触させつつバイオマス原料１１を水熱分解させ、熱水溶解成分を熱水中に溶解させ、装置本体４２の一方側から加圧熱水を熱水排出液１６として外部に排出すると共に、他方側からバイオマス固形分（熱水不可溶分）１７を外部に排出させるバイオマスの水熱分解装置であって、装置本体４２の他方側から一方側に向かって形成され、加圧熱水１５の供給温度（例えば２００℃）を一定時間保持し、水熱分解させる有効反応領域Ａと、有効反応領域Ａが終了した直後に、熱水溶解成分が過分解しない温度（例えば１４０℃）まで温度を急降下（例えば２００℃から１４０℃まで急降下）させる温度降下領域Ｂとを有する。
2011111190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置本体の一方側から固体のバイオマス原料を供給すると共に、他方側から加圧熱水を供給させ、装置本体内にて両者を対向接触させつつバイオマスを水熱分解させ、熱水溶解成分を熱水中に溶解させ、装置本体の一方側から加圧熱水を外部に排出すると共に、他方側からバイオマス原料を外部に排出させるバイオマスの水熱分解装置であって、
装置本体の他方側から一方側に向かって形成され、加圧熱水の供給温度を一定時間保持し、水熱分解させる有効反応領域と、
有効反応領域が終了した直後に、熱水溶解成分が過分解しない温度まで温度を急降下させる温度降下領域とを有することを特徴とするバイオマスの水熱分解装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記加圧熱水の供給温度が１８０℃乃至２４０℃のいずれか一の所定温度であり、
前記熱水溶解成分が過分解しない温度が１４０℃以下であり、
前記温度降下領域は、加圧熱水が供給された温度から、１４０℃以下まで降下する温度範囲であることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記温度降下領域が少なくとも２段階からなることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記加圧熱水の供給温度が１８０℃乃至２４０℃のいずれか一の所定温度であり、
前記熱水溶解成分が過分解しない温度が１４０℃以下であり、
第１の温度降下領域は、加圧熱水が供給された温度から、１８０℃まで降下する温度範囲であると共に、
第２の温度降下領域は、１８０℃から１４０℃以下まで降下する温度範囲であることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記水熱分解装置が、傾斜型又は垂直型の装置であることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置。
【請求項６】
バイオマス原料を前処理する前処理装置と、
請求項１乃至５のいずれか一つのバイオマス水熱分解装置と、
前記バイオマス水熱分解装置から排出されるバイオマス固形分中のセルロースを酵素処理して６炭糖を含む糖液に酵素分解する第１の酵素分解装置と、
該第１の酵素分解装置で得られた第１の糖液を用いて、発酵処理によりアルコール類、石油代替品類又はアミノ酸類のいずれか一つを製造する第１の発酵装置とを具備することを特徴とするバイオマス原料を用いた有機原料の製造システム。
【請求項７】
請求項６において、
熱水排出液中のヘミセルロース成分を酵素処理して５炭糖を含む糖液に酵素分解する第２の酵素分解装置と、
該第２の酵素分解装置で得られた第２の糖液を用いて、発酵処理によりアルコール類、石油代替品類又はアミノ酸類のいずれか一つを製造する第２の発酵装置とを具備することを特徴とするバイオマス原料を用いた有機原料の製造システム。
【請求項８】
請求項６において、
前記水熱分解装置から排出される熱水排出液中のヘミセルロース成分を硫酸分解して５炭糖を含む第２の糖液に分解する硫酸分解装置と、
硫酸分解装置で得られた第２の糖液を用いて、発酵処理によりアルコール類、石油代替品類又はアミノ酸類のいずれか一つを製造する第２の発酵装置とを具備することを特徴とするバイオマス原料を用いた有機原料の製造システム。
【請求項９】
装置本体の一方側から固体のバイオマス原料を供給すると共に、他方側から加圧熱水を供給させ、両者を対向接触させつつバイオマスを水熱分解させ、熱水溶解成分を熱水中に溶解させ、装置本体の一方側から加圧熱水を外部に排出すると共に、他方側からバイオマス原料を外部に排出させるバイオマスの水熱分解装置を用い、
装置本体の他方側から一方側に向かって形成され、加圧熱水の供給温度を一定時間保持し、水熱分解させる有効反応領域で温度制御すると共に、
有効反応領域が終了した直後に、熱水溶解成分が過分解しない温度まで温度を急降下させる温度降下領域で温度制御することを特徴とするバイオマスの水熱分解装置の温度制御方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記加圧熱水の供給温度が１８０℃乃至２４０℃のいずれか一の所定温度であり、
前記熱水溶解成分が過分解しない温度が１４０℃以下であり、
前記温度降下領域は、加圧熱水が供給された温度から、１４０℃以下まで降下する温度範囲であることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置の温度制御方法。
【請求項１１】
請求項９において、
前記温度降下領域が少なくとも２段階からなることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置の温度制御方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記加圧熱水の供給温度が１８０℃乃至２４０℃のいずれか一の所定温度であり、
前記熱水溶解成分が過分解しない温度が１４０℃以下であり、
第１の温度降下領域は、加圧熱水が供給された温度から、１８０℃まで降下する温度範囲であると共に、
第２の温度降下領域は、１８０℃から１４０℃以下まで降下する温度範囲であることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス原料を効率よく水熱分解することができるバイオマスの水熱分解装置及びその温度制御方法、並びにそれを用いた例えばアルコール類、石油代替品類、又はアミノ酸類等の有機原料を効率よく製造することができるバイオマス原料を用いた有機原料の製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、希硫酸、濃硫酸による木材等のバイオマスの糖化処理後、固液分離し、液相を中和処理し、エタノール発酵等の原料として利用するエタノール等の製造技術が実用化されている（特許文献１、特許文献２）。
また、糖を出発原料として、化学工業原料生産（例えば乳酸発酵等）も考えられる。
ここで、バイオマスとは、地球生物圏の物質循環系に組み込まれた生物体又は生物体から派生する有機物の集積をいう（ＪＩＳ  Ｋ  ３６００  １２５８参照）。【０００３】
ここで、現在アルコール原料として用いられているサトウキビ、トウモロコシ等は本来食用に供されるものであるが、これらの食用資源を長期的、安定的に工業用利用資源とすることは、有効食料品のライフサイクルの観点から、好ましくない。【０００４】
このため、将来的に有用な資源と考えられる草本系バイオマスや木質系バイオマスのようなセルロース系資源を有効活用するのは、重要な課題である。【０００５】
また、セルロース系資源では、セルロースは３８〜５０％、ヘミセルロース成分が２３〜３２％と様々で、発酵原料にならないリグニン成分も１５〜２２％とそれぞれ異なっている。多くの課題を抱えたままの工業化研究のため、原料は固定的に想定されており、原料の汎用性を考慮した生産システムの技術の開示は未だないのが現状である。【０００６】
さらに、元来、澱粉原料に較べて発酵原料に不利な方法で、ごみ問題、地球温暖化防止対応などを目標に考えるのであるから、原料を固定的に考えた生産システムでは意味が薄れる。広く一般の廃棄物に適用できなければならない。酵素糖化法そのものも、効率が悪すぎて、将来課題とされているのが現状である。酸処理による糖化率も、過剰反応による糖の過分解などで、およそ７５％（糖化可能成分基準）前後とかなり小さい値となっている。従って、セルロース系資源に対して、エタノール生産収率はおよそ２５％に止まっている（非特許文献１、特許文献３）。【０００７】
なお、特許文献１乃至３の従来の技術では、副反応生成物が酵素糖化阻害を引起し糖収率が減少する現象が起きていたので、酵素糖化阻害物質を除去し、セルロース主体による酵素糖化性を高める水熱分解装置の提案を先にした（特許文献４及び５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表平９−５０７３８６号公報
【特許文献２】特表平１１−５０６９３４号公報
【特許文献３】特開２００５−１６８３３５号公報
【特許文献４】特開２００９−１８３８０５号公報
【特許文献５】特開２００９−１８３１５４号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】日経バイオビジネス、ｐ．５２、2002年9月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述した特許文献４及び５における水熱分解装置では、バイオマスと加圧熱水とを対向接触するように供給して、内部熱交換で水熱反応させているが、内部温度において温度分布が発生している。
図１０に、従来例によるバイオマスを熱水で水熱分解する垂直型の装置の模式図を示す。
図１０に示すように、垂直型の水熱分解装置では、バイオマス（固体）１１を下部側から装置本体４２内部に供給し、内部に設けた搬送スクリュー４３により上方側に移動させ、上部側からバイオマス固形分（熱水不可溶分）１７を外部に排出させている。
これに対し、加圧熱水（以下、「熱水」ともいう）１５は上部側から装置本体４２の内部に供給し、バイオマス１１と対向接触し、下部側から熱水排出液１６を外部に排出させている。よって、装置本体４２内においては、熱水１５を供給する側（上部側）から下部側（バイオマスの供給側）に向かって徐々に温度が降下している。【００１１】
図１１にバイオマスの熱水による分解の様子を示す。
図１１に示すように、バイオマス（セルロース系原料）には、セルロース以外にヘミセルロースやリグニンが含まれており、具体的にはセルロースをヘミセルロースが束ね、リグニンが接着している構造を有している。
バイオマスは水熱分解後には、熱水不溶分（固形分）と熱水可溶分とに分けられることとなる。【００１２】
よって、バイオマス原料１１が加圧熱水１５により高温（１８０〜２４０℃）の温度域で水熱分解され、熱水側にヘミセルロースを溶解させると共に、リグニンも分解・溶解させており、その結果熱水側にはヘミセルロース等が溶解されることとなる。
熱水に可溶化された後の熱水可溶化ヘミセルロースの状態では、高温（１８０〜２４０℃）の温度域では過分解が生じる、という問題がある。【００１３】
すなわち、バイオマス原料１１が内部に投入されて、加圧熱水１５に接触した直後において、全てのヘミセルロースが可溶化する場合には、可溶化ヘミセルロースは対向接触の作用により熱水排出液１６として、外部に直ちに排出されるので、過分解時間は短い。しかし、加圧熱水１５中をバイオマス原料が上昇し、バイオマス固形分１７として排出される近傍で可溶化された場合には、熱水排出液１６として装置下部側から外部に排出されるまで長い間高温の熱水と接触しているので、過分解が進行することとなり、さらに問題となる。
このヘミセルロースの過分解は、Ｃ５糖の原料となるヘミセルロースの収率が低下するので、熱水可溶化分のヘミセルロースの過分解を抑制して、プラント運転効率の向上を図ることが切望されている。【００１４】
また、熱水中への過分解物の混入は、後流側設備におけるＣ５糖の発酵及びアルコールの発酵の発酵阻害要因となるので、この阻害物の発生を阻止することも必要となる。【００１５】
本発明は、前記課題に鑑み、バイオマス原料からセルロース主体の成分を分離することができるバイオマスの水熱分解処理において、熱水可溶化分のヘミセルロースの過分解を抑制することができるバイオマスの水熱分解装置及び温度制御方法、バイオマス原料を用いた有機原料の製造システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、装置本体の一方側から固体のバイオマス原料を供給すると共に、他方側から加圧熱水を供給させ、装置本体内にて両者を対向接触させつつバイオマスを水熱分解させ、熱水溶解成分を熱水中に溶解させ、装置本体の一方側から加圧熱水を外部に排出すると共に、他方側からバイオマス原料を外部に排出させるバイオマスの水熱分解装置であって、装置本体の他方側から一方側に向かって形成され、加圧熱水の供給温度を一定時間保持し、水熱分解させる有効反応領域と、有効反応領域が終了した直後に、熱水溶解成分が過分解しない温度まで温度を急降下させる温度降下領域とを有することを特徴とするバイオマスの水熱分解装置にある。【００１７】
第２の発明は、第１の発明において、前記加圧熱水の供給温度が１８０℃乃至２４０℃のいずれか一の所定温度であり、前記熱水溶解成分が過分解しない温度が１４０℃以下であり、前記温度降下領域は、加圧熱水が供給された温度から、１４０℃以下まで降下する温度範囲であることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置にある。【００１８】
第３の発明は、第１の発明において、前記温度降下領域が少なくとも２段階からなることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置にある。【００１９】
第４の発明は、第３の発明において、前記加圧熱水の供給温度が１８０℃乃至２４０℃のいずれか一の所定温度であり、前記熱水溶解成分が過分解しない温度が１４０℃以下であり、第１の温度降下領域は、加圧熱水が供給された温度から、１８０℃まで降下する温度範囲であると共に、第２の温度降下領域は、１８０℃から１４０℃以下まで降下する温度範囲であることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置にある。【００２０】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記水熱分解装置が、傾斜型又は垂直型の装置であることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置にある。【００２１】
第６の発明は、バイオマス原料を前処理する前処理装置と、第１乃至５のいずれか一つの発明のバイオマス水熱分解装置と、前記バイオマス水熱分解装置から排出されるバイオマス固形分中のセルロースを酵素処理して６炭糖を含む糖液に酵素分解する第１の酵素分解装置と、該第１の酵素分解装置で得られた糖液を用いて、発酵処理によりアルコール類、石油代替品類又はアミノ酸類のいずれか一つを製造する発酵装置とを具備することを特徴とするバイオマス原料を用いた有機原料の製造システムにある。【００２２】
第７の発明は、第６の発明において、熱水排出液中のヘミセルロース成分を酵素処理して５炭糖を含む糖液に酵素分解する第２の酵素分解装置と、該第２の酵素分解装置で得られた糖液を用いて、発酵処理によりアルコール類、石油代替品類又はアミノ酸類のいずれか一つを製造する発酵装置とを具備することを特徴とするバイオマス原料を用いた有機原料の製造システムにある。【００２３】
第８の発明は、第６の発明において、前記水熱分解装置から排出される熱水排出液中のヘミセルロース成分を硫酸分解して５炭糖を含む第２の糖液に分解する硫酸分解装置と、硫酸分解装置で得られた第２の糖液を用いて、発酵処理によりアルコール類、石油代替品類又はアミノ酸類のいずれか一つを製造する第２の発酵装置とを具備することを特徴とするバイオマス原料を用いた有機原料の製造システムにある。【００２４】
第９の発明は、装置本体の一方側から固体のバイオマス原料を供給すると共に、他方側から加圧熱水を供給させ、両者を対向接触させつつバイオマスを水熱分解させ、熱水溶解成分を熱水中に溶解させ、装置本体の一方側から加圧熱水を外部に排出すると共に、他方側からバイオマス原料を外部に排出させるバイオマスの水熱分解装置を用い、装置本体の他方側から一方側に向かって形成され、加圧熱水の供給温度を一定時間保持し、水熱分解させる有効反応領域で温度制御すると共に、有効反応領域が終了した直後に、熱水溶解成分が過分解しない温度まで温度を急降下させる温度降下領域で温度制御することを特徴とするバイオマスの水熱分解装置の温度制御方法にある。【００２５】
第１０の発明は、第９の発明において、前記加圧熱水の供給温度が１８０℃乃至２４０℃のいずれか一の所定温度であり、前記熱水溶解成分が過分解しない温度が１４０℃以下であり、前記温度降下領域は、加圧熱水が供給された温度から、１４０℃以下まで降下する温度範囲であることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置の温度制御方法にある。【００２６】
第１１の発明は、第９の発明において、前記温度降下領域が少なくとも２段階からなることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置の温度制御方法にある。【００２７】
第１２の発明は、第１１の発明において、前記加圧熱水の供給温度が１８０℃乃至２４０℃のいずれか一の所定温度であり、前記熱水溶解成分が過分解しない温度が１４０℃以下であり、第１の温度降下領域は、加圧熱水が供給された温度から、１８０℃まで降下する温度範囲であると共に、第２の温度降下領域は、１８０℃から１４０℃以下まで降下する温度範囲であることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置の温度制御方法にある。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、加圧熱水を供給して所定時間バイオマスの水熱分解反応を所定の温度で維持し、水熱分解を効率よく行うと共に、水熱分解して、可溶化分となった熱水可溶化ヘミセルロースの過分解を抑制させるために、水熱分解温度から過分解が進行しない温度まで、急激に温度降下させる領域を設けることにより、ヘミセルロースの過分解を大幅に抑制することができる。この結果、熱水可溶化分であるヘミセルロースの過分解が抑制され、これによりＣ５糖の収率の低下が少ないものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、実施例１に係る水熱分解装置及び温度分布の模式図である。
【図２】図２は、実施例１に係る他の水熱分解装置及び温度分布の模式図である。
【図３】図３は、実施例１に係る他の水熱分解装置及び温度分布の模式図である。
【図４】図４は、実施例２に係る水熱分解装置の概略図である。
【図５】図５は、実施例３に係る他の水熱分解装置の概略図である。
【図６】図６は、実施例４に係るバイオマス原料を用いた有機原料であるアルコール製造システムの概略図である。
【図７】図７は、実施例５に係るバイオマス原料を用いた有機原料であるアルコール製造システムの概略図である。
【図８】図８は、実施例５に係るバイオマス原料を用いた有機原料である他のアルコール製造システムの概略図である。
【図９】図９は、熱水可溶分中のキシロース減少率と分解時間との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、従来例に係るバイオマスを熱水で水熱分解する垂直型の装置の模式図である。
【図１１】図１１は、バイオマスの熱水による分解の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００３１】
本発明に係る実施例に係るバイオマスの水熱分解装置について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例１に係るバイオマスの水熱分解装置及び温度分布を示す概念図である。
図１に示すように、本実施例に係るバイオマスの水熱分解装置は、装置本体４２の一方側から固体のバイオマス原料１１を搬送スクリュー４３により供給すると共に、他方側から加圧熱水１５を供給させ、装置本体４２内にて両者を対向接触させつつバイオマス原料１１を水熱分解させ、熱水溶解成分（ヘミセルロース成分）を熱水中に溶解させ、装置本体４２の一方側から加圧熱水を熱水排出液１６として外部に排出すると共に、他方側からバイオマス固形分（熱水不可溶分）１７を外部に排出させるバイオマスの水熱分解装置であって、バイオマスの水熱分解装置の装置本体４２の他方側から一方側に向かって形成され、加圧熱水１５の供給温度（１８０〜２４０℃、例えば２００℃）を一定時間保持し、水熱分解させる有効反応領域（水熱分解領域）Ａと、有効反応領域Ａが終了した直後に、熱水溶解成分が過分解しない温度（例えば１４０℃）まで温度を急降下（例えば２００℃から１４０℃まで急降下）させる温度降下領域（溶解ヘミセルロース過分解抑制領域）Ｂとを有するものである。【００３２】
本発明では、加圧熱水を供給して所定時間バイオマスの水熱分解反応を所定の温度（例えば２００℃）で維持し、水熱分解を効率よく行うと共に、水熱分解して、可溶化分となった熱水可溶化ヘミセルロースの過分解を抑制させるために、水熱分解温度（２００℃）から過分解が進行しない温度（１４０℃）まで、冷却手段による冷却４５により急激に温度降下させる領域を設けることにで、過分解を大幅に抑制することができる。【００３３】
この結果、熱水可溶化成分であるヘミセルロースの過分解が抑制される。これによりＣ５糖の収率の低下が少ないものとなる。
ここで、冷却４５としては、冷媒（冷水）を直接供給する直接冷却方法や、冷却ジャケットを用いた間接冷却方法等を例示することができる。【００３４】
ここで、１４０℃以下まで温度降下させる理由は、１８０℃〜１４０℃の温度範囲は、図９に示すように、熱水可溶化成分であるヘミセルロースが過分解する領域であるからである。
図９においては、バイオマスから一度ヘミセルロースを溶解させた熱水を用い、各温度において、熱水に可溶化したヘミセルロースの時間の経過による分解状態を確認したものである。なお、ヘミセルロースを直接測定することができないので、Ｃ５糖（キシロース）に変換したものの減少率を示している。【００３５】
前述したように、熱水に可溶化された後の熱水可溶化ヘミセルロースの状態（いわゆる裸の状態）では、１４０℃以上の温度域において過分解が生じるので、本発明のように、速やかに１４０℃以下まで急冷する必要がある。【００３６】
また、装置本体から排出する熱水排出液１６の排出温度は、冷却により１４０℃以下となっていれば、直ぐに排出してもよいが、例えば約１００〜１２０℃程度まで除冷却する除冷領域Ｃを有し、次工程に送るようにしてもよい。【００３７】
また、有効反応領域（水熱分解領域）Ａの温度制御における反応時間は、２０分以下、５分〜１５分とするのが好ましい。これはあまり長く反応を行うと熱水中を溶解したヘミセルロースが留まり、過分解物の割合が増大し、好ましくないからである。【００３８】
反応圧力は、装置本体４２Ａの反応温度（１８０〜２４０℃）の各温度の水の飽和蒸気圧に、更に０．１〜０．５ＭＰａの高い圧力を加えることとするのが好ましい。【００３９】
このように、本発明においては、バイオマス原料１１からヘミセルロース成分を熱水により剥ぎ取る領域である有効反応領域（水熱分解領域）Ａで温度を制御すると共に、この有効反応領域Ａを過ぎた後、直ちに冷却させる温度降下領域（溶解ヘミセルロース過分解抑制領域）Ｂで急冷する温度制御を行うように、図示しない制御手段で制御しているので、熱水に溶解した可溶化ヘミセルロースが極力短い時間で過分解温度領域を通過させ、熱水可溶成分であるヘミセルロース成分の過分解を大幅に抑制するようにしている。【００４０】
この有効反応領域（水熱分解領域）Ａから、温度降下領域（溶解ヘミセルロース過分解抑制領域）Ｂへの温度変化させる制御は、図１の右側の温度分布図に示すように、直線状態の有効反応領域（水熱分解領域）Ａから略矩形状の温度変化となるような温度曲線を描くことが望ましい。【００４１】
また、加圧熱水１５とバイオマス原料１１とは、対向接触させており、バイオマス固形分１７が排出される上端部側では、加圧熱水１５にバイオマス原料１１が洗浄されることとなり、仮に過分解成分が存在する場合においても、その洗浄効果により固体状態での外部への持ち出しが削減され、バイオマス固形分１７は純粋なものとなり、反応阻害が起こりにくい６炭糖の粗原料を得ることができる。【００４２】
図２に示すように、有効反応領域（水熱分解領域）Ａが１８０℃以上である場合（例えば２００℃）、この２００℃において有効反応領域温度を所定時間維持し、その後、２００℃から１８０℃まで温度を低下させる第１の温度降領域Ｂ1と、その後直ちに過分解しない温度まで冷却させる第２の温度降下領域（１８０〜１４０℃へ降下）Ｂ2とを設けるようにしてもよい。
これは、例えばヘミセルロース成分でも５単糖へ糖化した際、アラビノース、キシロースといった種類の異なる糖においては、２００℃よりも低い温度で溶解するものがある。よって、アラビノースに変化するヘミセルロース成分では低い温度（１８０℃）でも溶解するので、先ず１８０℃近傍にてこれらの成分を溶解させた後に、キシロースに変化するヘミセルロース成分を高い温度（２００℃）で溶解させるようにしてもよい。
なお、加圧熱水に溶解されたヘミセルロースは、溶解直後に下方側に流れる加圧熱水が温度降下領域（溶解ヘミセルロース過分解領域）Ｂを短い時間で通過するので、過分解が少ないものとなる。【００４３】
図３に示すように、加圧熱水の供給温度（２００℃）を所定時間維持し、その後なだらかな曲線で温度を１８０℃まで低下させ、その後直ちに過分解しない温度まで冷却させる温度降下領域（１８０〜１４０℃へ降下）Ｂとするようにしてもよい。
【実施例２】
【００４４】
次に、本発明に係るバイオマスの水熱分解装置の具体例について、図面を参照して説明する。
図４は、実施例２に係るバイオマスの水熱分解装置を示す概略図である。
図４に示すように、本実施例に係るバイオマスの水熱分解装置４１Ａは、バイオマス原料１１を常圧下から加圧下に供給するバイオマス供給装置３１と、供給されたバイオマス原料（本実施例では、例えば麦わら等）１１を、下端部側から垂直型装置本体（以下「装置本体」という）４２Ａの内部に搬送スクリュー４３により徐々に搬送すると共に、前記バイオマス原料１１の供給箇所とは異なる上端部側から加圧熱水１５を装置本体４２Ａ内部に供給し、バイオマス原料１１と加圧熱水１５とを対向接触させつつ水熱分解し、加圧熱水１５中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を移行し、バイオマス原料１１中からリグニン成分及びヘミセルロース成分を分離してなる水熱分解装置４１Ａと、装置本体４２Ａの上端部側からバイオマス固形分１７を加圧下から常圧下に抜出すバイオマス抜出装置５１とを具備するものである。なお、図中、符号５４は脱水液、５５は加圧窒素を各々図示する。【００４５】
このような水熱分解装置４１Ａを用いることにより、装置内部において、バイオマス原料１１と加圧熱水１５とが対向接触されることとなり、この結果、目的成分であるセルロース（酵素糖化により６炭糖液となる）を生成する水熱反応以外の副反応物（リグニン成分、ヘミセルロース成分）を加圧熱水１５中に移行させることにより、セルロース主体のバイオマス固形分１７を得ることができる。【００４６】
この際、装置本体４１Ａの温度調整装置である温度ジャケットを複数４５ａ〜４５ｆに分割し、熱媒供給部４５ａ〜４５ｄと、冷媒供給部４５ｅ〜４５ｆとから構成している。
そして、熱媒供給部４５ａ〜４５ｄにおいて所定温度の熱媒を供給することにより、加圧熱水１５が供給された所定の温度（例えば２００℃）を維持する温度制御を行い、水熱分解を効率よく行うようにしている。
その後、冷媒により可溶化分となった熱水可溶化ヘミセルロースの過分解を抑制させるために、冷媒供給部４５ｅ〜４５ｆにおいて所定温度の冷媒を供給することにより、水熱分解温度（２００℃）から過分解が進行しない温度（１４０℃）まで、急激に温度降下させように温度制御しているので、熱水可溶化成分であるヘミセルロースの過分解が抑制される。これによりＣ５糖の収率の低下が少ないものとものとなる。【００４７】
その結果、バイオマス固形分１７では、セルロースを効率よく６炭糖を含む第１の糖液に糖化させて、該糖液を基点として、各種有機原料（例えばアルコール類）を効率よく製造することができる。
一方、水熱分解装置４１Ａから排出された熱水排出液１６中のヘミセルロース成分は、５炭糖を含む第２の糖液に糖化させ、該糖液を基点として、各種有機原料（例えばアルコール類）を効率よく製造することができる。【００４８】
なお、本実施例では、バイオマス原料１１を下端部側から供給しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これとは逆に上端部側から供給するようにしてもよく、この際には、加圧熱水１５は下端部側から供給する。
前記常圧下から加圧下に供給するバイオマス供給装置３１としては、例えばピストンポンプ又はスラリーポンプ等のポンプ手段を挙げることができる。【００４９】
また、水熱分解装置４１Ａは、本実施例では、図４に示すように垂直型の装置としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、傾斜型や水平型の水熱分解装置としてもよい。【００５０】
ここで、水熱分解装置を傾斜型又は垂直型とするのは、水熱分解反応において発生したガスや原料中に持ち込まれたガス等が上方から速やかに抜けることができ好ましいからである。また、加圧熱水１５で分解生成物を抽出するので、抽出効率の点において上方から下方に向かって抽出物の濃度が高まることとなり、好ましいものとなる。【００５１】
本実施例に係る水熱分解装置４１Ａでは、前記搬送スクリュー４３を設けることにより、１）固液カウンターフローでの固形分の搬送が可能となる。２）装置本体４２Ａ内で固液の分離が可能となる。３）装置本体４２Ａ内で固体表面、固体中の加圧熱水１５の混合が進み反応が促進される。【００５２】
また、前記搬送スクリュー４３に熱水排出液１６の抜出し孔の閉塞を防止するスクレーパー（図示せず）を設けるようにしてもよい。【００５３】
また、本実施例では温度調節装置について温度ジャケットを例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば冷水を注入する方法や、外部熱交換による温度調整方法等を適宜適用することができる。
【実施例３】
【００５４】
次に、本発明に係るバイオマスの水熱分解装置の他の実施例について、図面を参照して説明する。
図５は、実施例３に係る他のバイオマスの水熱分解装置を示す概略図である。
図５に示すように、本実施例に係るバイオマスの水熱分解装置４１Ｂは、バイオマス原料（本実施例では、例えば麦わら等）１１を常圧下から加圧下に供給するバイオマス供給装置６０と、供給されたバイオマス原料１１を、上下のいずれかの端部側（本実施例では下端側）から垂直型装置本体（以下「装置本体」という）４２Ｂの内部を圧密状態で徐々に移動させると共に、前記バイオマス原料１１の供給とは異なる端部側（本実施例では上端側）から加圧熱水１５を装置本体４２Ｂ内部に供給し、バイオマス原料１１と加圧熱水１５とを対向接触させつつ水熱分解し、加圧熱水１５中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を移行し、バイオマス原料１１中からリグニン成分及びヘミセルロース成分を分離してなる水熱分解装置４１Ｂと、該装置本体４２Ｂの加圧熱水１５の供給部側からバイオマス固形分１７を加圧下から常圧下に抜出すバイオマス抜出装置５１とを具備するものである。なお、符号Ｖ11〜Ｖ15はＯＮ−ＯＦＦ弁を示す。
前記常圧下から加圧下に供給するバイオマス供給装置６０としては、例えばピストンポンプ又はスラリーポンプ等のポンプ手段を挙げることができる。【００５５】
本実施例では、前記装置本体４２Ｂ内部にバイオマス原料１１をいわゆるプラグフローの圧密状態で撹拌する固定撹拌手段６１を設けており、内部に送り込まれるバイオマス原料１１を軸方向に移動する際に、撹拌作用により撹拌するようにしている。【００５６】
この固定撹拌手段６１を設けることにより、装置本体４２Ｂ内で固体表面、固体中の加圧熱水１５の混合が進み反応が促進される。【００５７】
ここで、本発明では、水熱分解装置４１Ｂの装置本体４２Ｂ内の加圧熱水１５とバイオマス原料１１との流動は、バイオマス原料１１と加圧熱水１５とを対向接触させる、いわゆるカウンターフローで撹拌・流動するようにすることが好ましい。【００５８】
水熱分解装置４１Ｂは、プラグフロー型による水熱分解であるので、構造が簡易であり、固体であるバイオマス原料１１は、管中心軸と垂直に攪拌されながら、管中心軸と平行に移動することとなる。一方加圧熱水１５（熱水、分解物が溶解した液）は、固体に対しカウンターフローにて固体粒子間に滲みながら移動する。【００５９】
また、プラグフローでは、加圧熱水１５の均一な流れを実現することができる。なぜならば、固体のバイオマス原料１１が加圧熱水１５により分解すると、分解物が熱水側に溶解する。分解部近傍は高粘度となり、未分解部近傍へ優先的に熱水が移動し、未分解部が続いて分解することとなり、均一な熱水の流れになり、均一な分解が実現することとなる。【００６０】
また、水熱分解装置４１Ｂにおける装置本体４２Ｂ内面の管壁の抵抗により、装置本体４２Ｂ内において、バイオマス原料１１の入口側に比べ、バイオマス原料１１の出口側の固体密度が減少し、加えて分解によりバイオマス固形分１７が減少するため、加圧熱水１５の占める割合が増加し、液滞留時間が増加することにより、液中の分解成分が過分解するので、少なくとも固定撹拌手段６１を設けるようにしている。【００６１】
この際、装置本体４１Ａの温度調整装置である温度ジャケットを複数４５ａ〜４５ｆに分割し、熱媒供給部４５ａ〜４５ｄと、冷媒供給部４５ｅ〜４５ｆとから構成している。
そして、熱媒供給部４５ａ〜４５ｄにおいて所定温度の熱媒を供給することにより、加圧熱水１５が供給された所定の温度（例えば２００℃）を維持する温度制御を行い、水熱分解を効率よく行うようにしている。
その後、冷媒により可溶化分となった熱水可溶化ヘミセルロースの過分解を抑制させるために、冷媒供給部４５ｅ〜４５ｆにおいて所定温度の冷媒を供給することにより、水熱分解温度（２００℃）から過分解が進行しない温度（１４０℃）まで、急激に温度降下させように温度制御しているので、熱水可溶化成分であるヘミセルロースの過分解が抑制される。これによりＣ５糖の収率の低下が少ないものとものとなる。【００６２】
また、本実施例では温度調節装置について温度ジャケットを例にして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば冷水を注入する方法や、外部熱交換による温度調整方法等を適宜適用することができる。
【実施例４】
【００６３】
本発明による実施例４に係るバイオマス原料を用いた有機原料であるアルコールの製造システムについて、図面を参照して説明する。
図６は、実施例に係るバイオマス原料を用いた有機原料の製造システムを示す概念図である。
図６に示すように、本実施例に係るバイオマス原料を用いたアルコールの製造システム１０Ａは、バイオマス原料１１を例えば粉砕処理する前処理装置１２と、前処理したバイオマス粉砕物１３を加圧熱水１５と対向接触させつつ水熱分解し、加圧熱水１５中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を移行し、バイオマス固体中からリグニン成分及びヘミセルロース成分を分離してなる図４に示す水熱分解装置４１Ａと、前記水熱分解装置４１Ａから排出されるバイオマス固形分１７中のセルロースを酵素処理して６炭糖を含む糖液に第１の酵素（セルラーゼ）１８−１で酵素分解する第１の酵素分解装置１９−１と、第１の酵素分解装置１９−１で得られた第１の糖液（６炭糖）２０−１を用いて、発酵処理によりアルコール類（本実施の形態ではエタノール）を製造する第１のアルコール発酵装置２１−１と、第１のアルコール発酵液２２−１を精製して目的生成物のエタノール２３と残渣２４−１とに分離処理する第１の精製装置２５−１とを具備するものである。【００６４】
本発明によれば、図４に示すような水熱分解装置４１Ａにおいて、カウンターフローを採用することにより、液体側の加圧熱水１５中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を移行させ、固体側のバイオマス固形分１７にはセルロースがとどまることとなり、酵素糖化の第１の酵素分解装置１９−１により第１の糖液（６炭糖）２０−１を得ることとなる。
そして、６炭糖に応じた発酵（最終製品に応じた発酵：本実施例では第１のアルコール発酵装置２１−１を用いてエタノール２３を発酵により求める）プロセスを構築することができる。【００６５】
本実施例では、発酵処理により求めるものとして、アルコール類のエタノールを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、アルコール類以外の、化成品原料となる石油代替品類又は食品・飼料原料となるアミノ酸類を発酵装置により得ることができる。【００６６】
ここで、糖液を基点とした化成品としては、例えばＬＰＧ、自動用燃料、航空機用ジェット燃料、灯油、ディーゼル油、各種重油、燃料ガス、ナフサ、ナフサ分解物であるエチレングリコール、エタノールアミン、アルコールエトキシレート、塩ビポリマー、アルキルアルミニウム、ＰＶＡ、酢酸ビニルエマルジョン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＭＭＡ樹脂、ナイロン、ポリエステル等を挙げることができる。よって、枯渇原料である原油由来の化成品の代替品及びその代替品製造原料としてバイオマス由来の糖液を効率的に利用することができる。
【実施例５】
【００６７】
本発明による実施例５に係るバイオマス原料を用いた有機原料であるアルコール製造システムについて、図面を参照して説明する。
図７は、本実施例に係るバイオマス原料を用いた有機原料のアルコール製造システムを示す概念図である。
図７に示すように、本実施例に係るバイオマス原料を用いたアルコールの製造システム１０Ｂは、図６に示すアルコール製造システム１０Ａにおいて、水熱分解装置４１Ａから排出される熱水排出液１６中に移行されたヘミセルロース成分を酵素処理して５炭糖を含む第２の糖液２０−２に酵素分解する第２の酵素分解装置１９−２を設けてなるものである。
なお、酵素分解装置、アルコール発酵装置、精製装置は、それぞれ別途２機（第１の酵素分解装置１９−１、第２の酵素分解装置１９−２、第１のアルコール発酵装置２１−１、第２のアルコール発酵装置２１−２、第１の精製装置２５−１、第２の精製装置２５−２）設置している。そして、第１の糖液（６炭糖）２０−１、第２の糖液（５炭糖）２０−２に応じた酵素分解工程、アルコール発酵工程及び精製工程を行うようにして、エタノール２３を得るようにしている。【００６８】
そして、本実施例では、第２の酵素１８−２を用いた第２の酵素分解装置１９−２で得られた第２の糖液（５炭糖）２０−２を用いて、第２のアルコール発酵装置２１−２による発酵処理により、第２のアルコール発酵液２２−２を得た後、第２の精製装置２５−２によりエタノール２３を製造することができる。なお、符号２４−２は残渣である。【００６９】
なお、熱水排出液は必ずしも別系統において処理するものではなく、例えば酵素分解装置以降の工程を共通化したり、アルコール発酵装置以降の工程を共通化したり、あるいは精製装置以降を共通化する等適宜変更を行うことができる。【００７０】
図８に、本実施例の変形例に係るバイオマス原料を用いた有機原料のアルコール製造システムを示す概念図である。
図８に示すように、本実施例に係るバイオマス原料を用いたアルコールの製造システム１０Ｃは、図６に示すアルコール製造システム１０Ａにおいて、前記水熱分解装置４１Ａ内において、リグニン成分及びヘミセルロース成分が移行された加圧熱水１５を熱水排出液１６として外部に排出し、該熱水排出液１６に硫酸７１を供給して、熱水排出液１６中のヘミセルロース成分を硫酸分解して５炭糖を含む第２の糖液２０−２に分解する硫酸分解装置７３と、得られた第２の糖液（５炭糖）２０−２を用いて、発酵処理によりアルコール類（本実施の形態ではエタノール）を製造する第２のアルコール発酵装置２１−２と、第２のアルコール発酵液２２−２を精製して目的生成物のエタノール２３と第２の残渣２４−２とに分離処理する第２の精製装置２５−２とを具備するものである。【００７１】
そして、本実施例では、硫酸分解装置７３で得られた第２の糖液（５炭糖）２０−２を用いて、発酵処理によりエタノール２３を製造することができる。【００７２】
ここで、本発明における硫酸分解処置装置での分解条件としては、硫酸濃度が０．１〜５重量％、好ましくは１〜４重量％とし、分解温度が１００〜１４０℃、好ましくは約１２０℃前後とし、分解時間としては、３０分から３時間、好ましくは１時間前後としている。これは、上記範囲外であると、良好なヘミセルロースの分解を行うことができないからである。【００７３】
従来において、バイオマス原料をそのまま硫酸分解するような場合には、１重量％の硫酸を用いて、約１８０℃という高温で１０分程度の分解処理を行っているが、硫酸が後流側のセルロースの酵素糖化の際に阻害物質として働くので、６炭糖の収率が低下していた。【００７４】
これに対して、本発明では、水熱分解装置４１Ａにおいて、予めセルロース成分をバイオマス固形分１７に留まらせ、加圧熱水１３側に移行したヘミセルロース成分の熱水排出液１６を低温条件で硫酸処理するので、硫酸設備の構造が簡略化できると共に、硫酸の使用量が大幅に低減（従来硫酸使用量の０．６〜０．９倍）されることとなる。その結果、硫酸の廃棄処理（石膏処理）量が低減するので、硫酸回収分離設備も小型のものとなり、設備のコンパクト化を図ることとなる。【００７５】
また、硫酸での分解は、１４０℃以下の低温であるので、従来のような高温（１８０℃）用の耐酸設備とする必要がなく、設備コストの低廉を図ることもできる。【００７６】
本発明によれば、水熱分解装置４１Ａ（４１Ｂ）において、カウンターフローを採用することにより、固体側のバイオマス固形分１７では、セルロースがとどまることとなり、酵素糖化の第１の酵素分解装置１９−１により第１の糖液（６炭糖）２０−１を得ると共に、液体側の加圧熱水１５では、その加圧熱水１５に可溶したヘミセルロース成分を熱水排出液１６として分離し、別途酵素糖化の第２の酵素分解装置１９−２又は硫酸分解装置７３により第２の糖液（５炭糖）２０−２を得るので、両者を効率よく分離して各々糖化することが可能となる。そして、６炭糖、５炭糖に応じた発酵（最終製品に応じた発酵：例：エタノール発酵）プロセスを構築することができる。【００７７】
このように、水熱分解装置４１Ａにおけるカウンターフローを採用することによって６炭糖を得る酵素糖化反応において阻害物質となる副反応成分や加圧熱水に可溶なリグニン成分を加圧熱水１５側に移行させるため、セルロース主体のバイオマス固形分１７となり、その後の糖化反応における６炭糖の糖化反応収率が向上する。【００７８】
一方、分離された熱水排出液１６に含まれるヘミセルロース成分は、その後第２の酵素分解装置１９−２において糖化され、５炭糖を含む糖液を得ることができる。
そして、６炭糖、５炭糖の各々に適した酵母等を用いることでエタノール２３を効率的に個別に発酵により求めることができるものとなる。【００７９】
さらに、この水熱分解反応の際、反応装置内部において、装置本体４２の他方側から一方側に向かって形成され、加圧熱水１５の供給温度（１８０〜２４０℃、例えば２００℃）を一定時間保持し、水熱分解させる有効反応領域（水熱分解領域Ａと、有効反応領域Ａが終了した直後に、熱水溶解成分が過分解しない温度（例えば１４０℃）まで温度を急降下（例えば２００℃から１４０℃まで急降下）させる温度降下領域（溶解ヘミセルロース過分解抑制領域）Ｂとを有することにより、ヘミセルロースの過分解が抑制され、この結果、これによりＣ５糖の収率の低下を抑制することができる。【００８０】
このように、本発明によれば、バイオマス原料からセルロース主体の成分とヘミセルロース成分を加圧熱水に移行させて両者を分離すると共に、ヘミセルロースの過分解を抑制し、各々に適した効率的な糖液（６炭糖液、５炭糖液）の製造を行うと共に、該糖液を基点として、各種有機原料（例えばアルコール類、石油代替品類、又はアミノ酸類等）を効率よく製造することができるバイオマス原料を用いた有機原料の製造システムを提供することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上のように、本発明によれば、水熱分解装置により、バイオマス原料からセルロース主体の成分を分離し、効率的な糖液の製造を行うと共に、該糖液を基点として、各種有機（例えばアルコール類、石油代替品類、又はアミノ酸類等）を効率よく製造することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１１  バイオマス原料
１２  前処理装置
１３  バイオマス粉砕物
１５  加圧熱水
１６  熱水排出液
１７  バイオマス固形分
１８  酵素
１９−１  第１の酵素分解装置
１９−２  第２の酵素分解装置
２０−１  第１の糖液（６炭糖）
２０−２  第２の糖液（５炭糖）
２３  エタノール
４１Ａ、４１Ｂ  水熱分解装置
４２  装置本体
４３  搬送スクリュー
【図１】
2011111190.tif 000003
【図２】
2011111190.tif 000004
【図３】
2011111190.tif 000005
【図４】
2011111190.tif 000006
【図５】
2011111190.tif 000007
【図６】
2011111190.tif 000008
【図７】
2011111190.tif 000009
【図８】
2011111190.tif 000010
【図９】
2011111190.tif 000011
【図１０】
2011111190.tif 000012
【図１１】
2011111190.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月7日(2011.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置本体の一方側からセルロースとヘミセルロースとを含む固体のバイオマス原料を供給すると共に、他方側から加圧熱水を供給させ、装置本体内にて両者を対向接触させつつバイオマスを水熱分解させ、熱水溶解成分を熱水中に溶解させ、装置本体の一方側から加圧熱水を外部に排出すると共に、他方側からバイオマス原料を外部に排出させるバイオマスの水熱分解装置であって、
装置本体の他方側から一方側に向かって形成され、加圧熱水の供給温度を一定時間保持し、水熱分解させる有効反応領域と、
有効反応領域が終了した直後に、熱水溶解成分が過分解しない温度まで温度を急降下させる温度降下領域とを有することを特徴とするバイオマスの水熱分解装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記加圧熱水の供給温度が１８０℃乃至２４０℃のいずれか一の所定温度であり、
前記熱水溶解成分が過分解しない温度が１４０℃以下であり、
前記温度降下領域は、加圧熱水が供給された温度から、１４０℃以下まで降下する温度範囲であることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記温度降下領域が少なくとも２段階からなることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記加圧熱水の供給温度が１８０℃乃至２４０℃のいずれか一の所定温度であり、
前記熱水溶解成分が過分解しない温度が１４０℃以下であり、
第１の温度降下領域は、加圧熱水が供給された温度から、１８０℃まで降下する温度範囲であると共に、
第２の温度降下領域は、１８０℃から１４０℃以下まで降下する温度範囲であることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記水熱分解装置が、傾斜型又は垂直型の装置であることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置。
【請求項６】
セルロースとヘミセルロースとを含む固体のバイオマス原料を前処理する前処理装置と、
請求項１乃至５のいずれか一つのバイオマス水熱分解装置と、
前記バイオマス水熱分解装置から排出されるバイオマス固形分中のセルロースを酵素処理して６炭糖を含む糖液に酵素分解する第１の酵素分解装置と、
該第１の酵素分解装置で得られた第１の糖液を用いて、発酵処理によりアルコール類、石油代替品類又はアミノ酸類のいずれか一つを製造する第１の発酵装置とを具備することを特徴とするバイオマス原料を用いた有機原料の製造システム。
【請求項７】
請求項６において、
熱水排出液中のヘミセルロース成分を酵素処理して５炭糖を含む糖液に酵素分解する第２の酵素分解装置と、
該第２の酵素分解装置で得られた第２の糖液を用いて、発酵処理によりアルコール類、石油代替品類又はアミノ酸類のいずれか一つを製造する第２の発酵装置とを具備することを特徴とするバイオマス原料を用いた有機原料の製造システム。
【請求項８】
請求項６において、
前記水熱分解装置から排出される熱水排出液中のヘミセルロース成分を硫酸分解して５炭糖を含む第２の糖液に分解する硫酸分解装置と、
硫酸分解装置で得られた第２の糖液を用いて、発酵処理によりアルコール類、石油代替品類又はアミノ酸類のいずれか一つを製造する第２の発酵装置とを具備することを特徴とするバイオマス原料を用いた有機原料の製造システム。
【請求項９】
装置本体の一方側からセルロースとヘミセルロースとを含む固体のバイオマス原料を供給すると共に、他方側から加圧熱水を供給させ、両者を対向接触させつつバイオマスを水熱分解させ、熱水溶解成分を熱水中に溶解させ、装置本体の一方側から加圧熱水を外部に排出すると共に、他方側からバイオマス原料を外部に排出させるバイオマスの水熱分解装置を用い、
装置本体の他方側から一方側に向かって形成され、加圧熱水の供給温度を一定時間保持し、水熱分解させる有効反応領域で温度制御すると共に、
有効反応領域が終了した直後に、熱水溶解成分が過分解しない温度まで温度を急降下させる温度降下領域で温度制御することを特徴とするバイオマスの水熱分解装置の温度制御方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記加圧熱水の供給温度が１８０℃乃至２４０℃のいずれか一の所定温度であり、
前記熱水溶解成分が過分解しない温度が１４０℃以下であり、
前記温度降下領域は、加圧熱水が供給された温度から、１４０℃以下まで降下する温度範囲であることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置の温度制御方法。
【請求項１１】
請求項９において、
前記温度降下領域が少なくとも２段階からなることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置の温度制御方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記加圧熱水の供給温度が１８０℃乃至２４０℃のいずれか一の所定温度であり、
前記熱水溶解成分が過分解しない温度が１４０℃以下であり、
第１の温度降下領域は、加圧熱水が供給された温度から、１８０℃まで降下する温度範囲であると共に、
第２の温度降下領域は、１８０℃から１４０℃以下まで降下する温度範囲であることを特徴とするバイオマスの水熱分解装置の温度制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、装置本体の一方側からセルロースとヘミセルロースとを含む固体のバイオマス原料を供給すると共に、他方側から加圧熱水を供給させ、装置本体内にて両者を対向接触させつつバイオマスを水熱分解させ、熱水溶解成分を熱水中に溶解させ、装置本体の一方側から加圧熱水を外部に排出すると共に、他方側からバイオマス原料を外部に排出させるバイオマスの水熱分解装置であって、装置本体の他方側から一方側に向かって形成され、加圧熱水の供給温度を一定時間保持し、水熱分解させる有効反応領域と、有効反応領域が終了した直後に、熱水溶解成分が過分解しない温度まで温度を急降下させる温度降下領域とを有することを特徴とするバイオマスの水熱分解装置にある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
第６の発明は、セルロースとヘミセルロースとを含む固体のバイオマス原料を前処理する前処理装置と、第１乃至５のいずれか一つの発明のバイオマス水熱分解装置と、前記バイオマス水熱分解装置から排出されるバイオマス固形分中のセルロースを酵素処理して６炭糖を含む糖液に酵素分解する第１の酵素分解装置と、該第１の酵素分解装置で得られた糖液を用いて、発酵処理によりアルコール類、石油代替品類又はアミノ酸類のいずれか一つを製造する発酵装置とを具備することを特徴とするバイオマス原料を用いた有機原料の製造システムにある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
第９の発明は、装置本体の一方側からセルロースとヘミセルロースとを含む固体のバイオマス原料を供給すると共に、他方側から加圧熱水を供給させ、両者を対向接触させつつバイオマスを水熱分解させ、熱水溶解成分を熱水中に溶解させ、装置本体の一方側から加圧熱水を外部に排出すると共に、他方側からバイオマス原料を外部に排出させるバイオマスの水熱分解装置を用い、装置本体の他方側から一方側に向かって形成され、加圧熱水の供給温度を一定時間保持し、水熱分解させる有効反応領域で温度制御すると共に、有効反応領域が終了した直後に、熱水溶解成分が過分解しない温度まで温度を急降下させる温度降下領域で温度制御することを特徴とするバイオマスの水熱分解装置の温度制御方法にある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
本発明では、加圧熱水を供給して所定時間バイオマスの水熱分解反応を所定の温度（例えば２００℃）で維持し、水熱分解を効率よく行うと共に、水熱分解して、可溶化分となった熱水可溶化ヘミセルロースの過分解を抑制させるために、水熱分解温度（２００℃）から過分解が進行しない温度（１４０℃）まで、冷却手段による冷却４５により急激に温度降下させる領域を設けることで、過分解を大幅に抑制することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図２に示すように、有効反応領域（水熱分解領域）Ａが１８０℃以上である場合（例えば２００℃）、この２００℃において有効反応領域温度を所定時間維持し、その後、２００℃から１８０℃まで温度を低下させる第１の温度降下領域Ｂ1と、その後直ちに過分解しない温度まで冷却させる第２の温度降下領域（１８０〜１４０℃へ降下）Ｂ2とを設けるようにしてもよい。
これは、例えばヘミセルロース成分でも５単糖へ糖化した際、アラビノース、キシロースといった種類の異なる糖においては、２００℃よりも低い温度で溶解するものがある。よって、アラビノースに変化するヘミセルロース成分では低い温度（１８０℃）でも溶解するので、先ず１８０℃近傍にてこれらの成分を溶解させた後に、キシロースに変化するヘミセルロース成分を高い温度（２００℃）で溶解させるようにしてもよい。
なお、加圧熱水に溶解されたヘミセルロースは、溶解直後に下方側に流れる加圧熱水が温度降下領域（溶解ヘミセルロース過分解領域）Ｂを短い時間で通過するので、過分解が少ないものとなる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
この際、装置本体４１Ａの温度調整装置である温度ジャケットを複数４５ａ〜４５ｆに分割し、熱媒供給部４５ａ〜４５ｄと、冷媒供給部４５ｅ〜４５ｆとから構成している。
そして、熱媒供給部４５ａ〜４５ｄにおいて所定温度の熱媒を供給することにより、加圧熱水１５が供給された所定の温度（例えば２００℃）を維持する温度制御を行い、水熱分解を効率よく行うようにしている。
その後、冷媒により可溶化分となった熱水可溶化ヘミセルロースの過分解を抑制させるために、冷媒供給部４５ｅ〜４５ｆにおいて所定温度の冷媒を供給することにより、水熱分解温度（２００℃）から過分解が進行しない温度（１４０℃）まで、急激に温度降下させるように温度制御しているので、熱水可溶化成分であるヘミセルロースの過分解が抑制される。これによりＣ５糖の収率の低下が少ないものとなる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
この際、装置本体４１Ｂの温度調整装置である温度ジャケットを複数４５ａ〜４５ｆに分割し、熱媒供給部４５ａ〜４５ｄと、冷媒供給部４５ｅ〜４５ｆとから構成している。
そして、熱媒供給部４５ａ〜４５ｄにおいて所定温度の熱媒を供給することにより、加圧熱水１５が供給された所定の温度（例えば２００℃）を維持する温度制御を行い、水熱分解を効率よく行うようにしている。
その後、冷媒により可溶化分となった熱水可溶化ヘミセルロースの過分解を抑制させるために、冷媒供給部４５ｅ〜４５ｆにおいて所定温度の冷媒を供給することにより、水熱分解温度（２００℃）から過分解が進行しない温度（１４０℃）まで、急激に温度降下させように温度制御しているので、熱水可溶化成分であるヘミセルロースの過分解が抑制される。これによりＣ５糖の収率の低下が少ないものとものとなる。
【国際調査報告】
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